JPH04318923A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウェハ等
の加熱装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、半導体ウェハ製造工程におけるＣ
ＶＤ装置、エピタキシャル装置、酸化膜形成装置、拡散
装置等の成膜装置には複数の被加熱体を一度に加熱する
バッチ式加熱装置が多く用いられている。この加熱装置
は、半導体ウェハを多数支持した石英製のウェハボ−ト
が収容されるプロセスチュ−ブと、このプロセスチュ−
ブの外周に巻回されるコイルヒ−タと、このコイルヒ−
タの周囲に設けられた断熱材等から構成されており、プ
ロセスチュ−ブ内に所定の反応ガスを供給して例えば　
８００〜１２００℃間の所定温度で半導体ウェハに成膜
処理を行うものである。例えば横型加熱装置のプロセス
チュ−ブは長さ２ｍ　、有効内径３０ｃｍであり、プロ
セスチュ−ブの管軸に垂直に所定の間隔で立設されてウ
ェハボ−トに収容された半導体ウェハを加熱するが、半
導体ウェハの高集積化、大口径化が進むにつれ、複数枚
例えば　１５０枚が一度に加熱される半導体ウェハの膜
厚が高精度に均一であること、すなわち、複数の半導体
ウェハ間の膜厚均一性いわゆる面間膜厚均一性と、一枚
の半導体ウェハ内の膜厚均一性いわゆる面内膜厚均一性
を良好に成膜処理するためにプロセスチュ−ブ内の半導
体ウェハが収容される部分での温度均一性が重要な問題
となってきている。

【０００４】このような問題に対処すべく、プロセスチ
ュ−ブ内の半導体ウェハ収容領域の温度部分を均一にす
るため、コイルヒ−タを多数の例えば３つの加熱ゾ−ン
に分割し、各ゾ−ンに対して適宜印加電力を調整し、プ
ロセスチュ−ブ内の温度が均一になるようにしている。

【０００５】しかしながら、熱伝導が良好な金属製のコ
イルヒ−タの引出し端子部は断熱材を貫通して外部に設
けられるため、この引出し端子部を通って加熱炉内の熱
が加熱炉外へと放出されてしまい、この近傍においては
局所的に加熱炉内の温度が低下し例えば１０００℃で±
１．５　℃の断面温度差が生じていた。

【０００６】そのため、コイルヒ−タに一端を接続され
た引出し端子線を断熱材中で屈曲させ、管軸方向に沿っ
て所定の長さ引出し、その後引出し端子部を断熱材外に
引出すようにしたり、あるいは引出し端子部を断熱材層
で覆い保温し上記のように引出し部位からの放熱を防止
するようにさせていた（実公平１−２０６４０　号、実
公昭５３−４０７６１　号公報）。

【０００７】またこの引出し端子部に接続される電流供
給導線からの放熱を防止するため、引出し部の中間に断
面積の小さい部分を設け、この部分の電気抵抗値を大き
くしてコイルヒ−タに印加される電力の一部をこの部分
で消費させ、ジュ−ル熱による発熱で引出し端子部を加
熱することにより上記引出し端子部からの放熱を補い、
引出し端子部近傍での加熱装置内の温度低下を改善する
ようにしていた（実公平１−３４８６６　号公報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記文献の技術では、
端子引出し線をクランク状に屈曲加工するため、この端
子引出し線が長くなると共に全長に亘り加熱・冷却が繰
り返される事により端子引出し線は、膨脹・収縮が起り
脆化し破断し易くなるという改善点を有していた。また
、引出し端子部を断熱材で覆い保温して放熱を減少させ
る方法では、この引出し端子部と電流供給導線とを覆う
当該保温部のみ形状が大きくなる改善点を有していた。

【０００９】後記文献の技術では、各コイルヒ−タの引
出し端子部に流れる電流はプロセスチュ−ブ内を所定の
温度に制御するために熱処理時間中、例えば半導体ウェ
ハがプロセスチュ−ブ内に収容されている処理時間中例
えば１２０　分間一定ではなく常に変化する。又、熱処
理装置はプロセスチュ−ブ内の温度を均一にするためコ
イルヒ−タは多数、例えば３つの加熱ゾ−ンに分割され
、各ゾ−ンに対し適宜各ゾ−ン毎に電力制御されている
と共に、各ゾ−ンのコイルヒ−タに必要な２つの引出し
端子部は、隣どうしのコイルヒ−タの引出し端子部と共
用されている。この為、各引出し端子部に流れる電流は
電流位相の関係上相殺される事があり、前記熱処理時間
内に引出し端子部の放熱を補う所定の発熱を安定し得る
事が出来ないという改善点を有していた。

【００１０】いずれにしても、前記文献の技術ではこれ
らの引出し端子部は熱的良導体であるので放熱を避ける
事はできず、この引出し端子部を含む炉断面におきる放
熱特性は不均一となり加熱時間中の炉断面温度も不均一
とならざるを得なかった。

【００１１】本発明は上記の欠点を改善するためになさ
れたものであって、コイルヒ−タの引出し端子部に起因
する加熱装置内の温度分布の不均一性を改善し、被加熱
体面内、面間の高精度な温度均一性を保持し、もって被
加熱体を均一に加熱することが可能な加熱装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【発明の構成】

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る加熱装置は
、被加熱体を収容する反応管の外周に設けられる発熱体
と、この発熱体に接続される電力供給用引出し端子部及
びこの引出し端子部からの放熱と同じかほぼ等しい放熱
特性を有する放熱用ダミ−端子とから構成されたもので
ある。

【００１４】

【作用】加熱装置は、プロセスチュ−ブと、このプロセ
スチュ−ブの外周に設けられるコイルヒ−タと、このコ
イルヒ−タからの熱がプロセスチュ−ブを効率よく加熱
するよう設けられる断熱層と、この断熱層を貫通する引
出し端子部及びこの引出し端子部と同等の放熱効果をも
つダミ−端子より成っている。そのため、コイルヒ−タ
より発生された熱量の一部は引出し端子部を通って放熱
されると共にコイルヒ−タ上に所定の間隔に設けられた
ダミ−端子からも同様に放熱されるので、引出し端子部
を含むコイルヒ−タ断面部からの放熱は均等化される。 この均等化のために増加したダミ−端子からの放熱は、
コイルヒ−タの中央部に設けられる均熱領域の両側に位
置する第１加熱ゾ−ンと第３加熱ゾ−ンの供給電力量を
増加することにより補い、加熱装置の軸方向均熱性を保
っている。従って、プロセスチュ−ブ内の引出し端子部
を含むコイルヒ−タ断面近傍および軸方向における温度
の不均一を生じることがない。そのため、半導体ウェハ
面内及び面間を高精度かつ均一に加熱することができる
。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を縦型ＣＶＤ装置に適用した一
実施例について、図１を参照して具体的に説明する。

【００１６】図１において、縦型ＣＶＤ装置１は、耐熱
性材料例えば石英からなり円筒状に形成され、その軸方
向を垂直方向とした反応管であるプロセスチュ−ブ４が
設けられ、このプロセスチュ−ブ４の外周囲には抵抗発
熱体例えば材質Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｌから構成された例えば
直径８　ｍｍのヒ−タ線がコイル状に巻回されたコイル
ヒ−タ９が設けられている。そしてこのコイルヒ−タ９
の外周囲には断熱材よりなる断熱層１０が設けられてお
り、前記コイルヒ−タ９に図示しない電源から所定の電
力を印加することにより前記プロセスチュ−ブ４内を所
定温度例えばＣＶＤ装置の場合　５００〜１０００℃、
酸化や拡散装置の場合　８００〜１２００℃に適宜設定
可能に構成されている。

【００１７】また、上記プロセスチュ−ブ４の下側に設
置したマニホ−ルド１２の一端にはガス導入管８が設け
られ、このガス導入管８には、例えばＣＶＤでポリシリ
コン膜を形成するためにはＳｉＨ４　、例えばシリコン
窒化膜を形成するためには、ＮＨ３　とＳｉＨ２　Ｃｌ
２　を図示しないガス源より導入し、不活性なバ−ジガ
ス例えばＮ２　も導入可能に構成されている。

【００１８】また、上記マニホ−ルド１２の他端には排
気管が７が連結され、この排気管７は図示しない真空ポ
ンプに接続されている。そして、この排気管７を介して
真空引きすることにより、前記プロセスチュ−ブ４内を
所定の真空度に排気する、あるいは、プロセスチュ−ブ
４内に導入されたＣＶＤ処理後のガスを排気することを
可能とされている。

【００１９】このプロセスチュ−ブ４内にはバッチ処理
するため、上端または下端例えば下端側から耐熱性材料
例えば石英からなるウェハボ−ト３が搬入搬出可能に構
成されており、このボ−ト３には、被加熱体例えば各半
導体ウェハ２を水平状態で縦方向に所定間隔をおいて多
数枚例えば１５０　枚搭乗可能に構成している。前記ボ
−ト３は、前記プロセスチュ−ブ４内の均熱領域に各ウ
ェハ２を設定するための耐熱性材料例えば石英からなる
保温筒６に載置され、この保温筒６がボ−トエレベ−タ
５にて上下方向に駆動されることにより、前記ボ−ト３
をプロセスチュ−ブ４内にロ−ディングし、あるいはア
ンロ−ディングできるように構成している。また、前記
保温筒６の下端にはフランジ１１が設けられ、ボ−ト３
をプロセスチュ−ブ４内に設定した後に、このフランジ
１１が前記マニホ−ルド１２の下端開口部を密閉するよ
うに構成している。さらに、ボ−ト３がプロセスチュ−
ブ４内よりアンロ−ディングされた後には、シャッタ−
１３が閉鎖駆動され、マニホ−ルド１２の下端開口部を
密閉するように構成している。

【００２０】前記コイルヒ−タ９の構造は、図２及び図
３に示すようにプロセスチュ−ブ４内の半導体ウェハ収
容領域内の各ウェハを所定の温度で均一に加熱するため
、コイルヒ−タ９の外周に引出し端子部９１，９２，９
３，及び９４を有して３つの加熱制御可能ゾ−ン９５，
９６，及び９７に分割されている。この引出し端子部９
１〜９４の形状は短冊状例えば断面６　ｍｍ×３０ｍｍ
で、長さ５０ｍｍ以上に形成され、他端に図示しない電
力供給導線がネジ止めされている。またこのコイルヒ−
タ９の材質は、例えばＦｅ，Ｃｒ，ＡｌやＭｏＳｉ２　
等の抵抗発熱体であって、引出し端子部９１〜９４もこ
のような抵抗発熱体で形成される。この引出し端子部９
１〜９４はコイルヒ−タ９の外周に設けられる断熱層１
０を貫通して図示しない外部電源に接続され、各加熱ゾ
−ン毎に適宜電力制御されるように構成されている。

【００２１】前記コイルヒ−タ９の外周には、さらに加
熱制御として用いないダミ−端子６２，６３，７２，７
３及び８２，８３が各引出し端子部含む断面近傍外周上
に所定間隔例えば角度９０°毎に複数例えば３カ所設置
され、引出し端子部とダミ−端子からの放熱が炉断面で
均一となるように構成されている。

【００２２】これらのダミ−端子は、前記電力供給導線
を含む引出し端子部９１〜９４と同じまたはほぼ等しい
放熱効果か示す材質例えばＦｅ，Ｃｒ，Ａｌで、板状例
えば幅３０ｍｍ長さ５０ｍｍの端子である。以上の如く
加熱装置１は構成されている。

【００２３】次に、本実施例装置のプロセスチュ−ブ４
内の温度分布測定結果について説明する。図４は、設定
温度１０００℃のプロセスチュ−ブ４内における引出し
端子部を含む直径方向の引出し端子部側、中央部及び引
出し端子部逆側の３点について、プロセスチュ−ブ４内
の軸方向に沿って測定した温度分布結果である。この結
果が示すように、被加熱体収容部分の温度分布は１．２
　℃の範囲に入っている事が判る。

【００２４】次に、本発明の効果を確認するためにダミ
−端子６２，７２，８２，６３，７３，８３を設けなか
った場合の従来のコイルヒ−タの構造を図５に示す。こ
のコイルヒ−タを使用して上記と同様の方法で測定した
プロセスチュ−ブ内の温度分布測定結果を図６に示す。 引出し端子部の放熱を補う為に被加熱体収容部分の両側
に位置する第１加熱ゾ−ンと第２加熱ゾ−ンのコイルヒ
−タに加える電力は、引出し端子部逆側の温度上昇が伴
うため、その供給電力量の上限は低いところにあり、所
定の設定値がある。この設定値での、被加熱体収容部分
の温度分布範囲は３℃である。

【００２５】このように、引出し端子部含む断面近傍外
周上に所定の間隔をもって引出し端子部と同様な放熱特
性効果をもつダミ−端子を適宜位置バランスさせて設け
ることにより炉内断面温度の均一性が向上し、被加熱体
例えば半導体ウェハ表面内及び面間の温度分布を図４の
ように１０００℃±０．６　℃に改善することができた
。

【００２６】なお、コイルヒ−タの両側の引出し端子部
９１及び９４を含む断面近傍には、ダミ−端子を設置し
ても良いが、設置しなくても被加熱体には同等の均一な
加熱が可能である。

【００２７】上記の発明は本発明の一実施例の説明であ
って、必ずしも被加熱体は半導体ウェハに限るものでは
なくＬＣＤや太陽電池などにも適用することが可能であ
る。又装置としてはバッチ式に限らず枚葉式にも適用出
来ると共に、縦型ＣＶＤ等成膜加熱装置のみならず酸化
や拡散等の加熱装置および横型の加熱装置やその他電気
加熱装置に適用することが可能である。即ち、コイルヒ
−タは材質Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｌで形成されるものとは限定
されず、他の公知のものであってもよい。これに設けら
れる電力供給用の引出し端子部とダミ−端子の材質及び
形状は同じものではなくてもよく、同等の放熱特性で炉
断面温度が均一になるようになものであれば好適に使用
できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の加熱装置
は加熱体に設けた引出し端子部と所定の間隔に前記加熱
体に新たに設けた放熱用ダミ−端子により、従来は不均
一であった放熱が均等となりその結果、被加熱体収容温
度の均一性を高精度に保持することが可能となる。

【００２９】従って、半導体ウェハ上に実施される成膜
処理後の加熱は被加熱体全体に渡り均一に行うことが可
能となり、歩留りの向上を図ると共に高品位な半導体ウ
ェハの製造を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱装置を適用した縦型ＣＶＤ装置の
概略説明図である。

【図２】図１に用いたコイルヒ−タの説明図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１の実施例装置を用いた場合のプロセスチュ
−ブ内の温度分布特性を示す図である。

【図５】図１のダミ−端子を設けない従来のコイルヒ−
タの説明図である。

【図６】図１のダミ−端子を設けない場合のプロセスチ
ュ−ブ内の温度分布特性を示す図である。

【符号の説明】

１………加熱装置 ２………被加熱体（半導体ウェハ） ３………ボ−ト ４………プロセスチュ−ブ ５………ボ−トエレベ−タ ６………保温筒 ７………排気管 ８………ガス導入管 ９………コイルヒ−タ １０………断熱層 １１………フランジ １２………マニホ−ルド １３………シャッタ− ９１，９２，９３，９４…引出し端子部６２，７２，８
２…ダミ−端子 ６３，７３，８３…ダミ−端子 ９５，９６，９７…加熱ゾ−ン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被加熱体を収容する反応管の外周に設
   けられる発熱体と、この発熱体に接続される電力供給用
   引出し端子部及びこの引出し端子部からの放熱と同じか
   ほぼ等しい放熱特性を有する放熱用ダミ−端子とから構
   成され、上記被加熱体を均一加熱することを特徴とする
   加熱装置。